WCDMA中的關(guān)鍵技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用

摘要　全面論述了進(jìn)行WCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)。首先詳細(xì)介紹了前向功率規(guī)劃技術(shù)及其主要考慮的幾個(gè)方面；接著介紹了功控規(guī)劃及進(jìn)行功控規(guī)劃要注意的問(wèn)題，容量規(guī)劃技術(shù)及提高基站站點(diǎn)下行鏈路容量的5種方法；最后介紹了軟切換技術(shù)。

　　對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，WCDMA規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)主要有前向功率規(guī)劃、功控規(guī)劃、容量規(guī)劃和切換規(guī)劃等。以下從工程的角度對(duì)WCDMA系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述和分析，以便進(jìn)行同類規(guī)劃設(shè)計(jì)工作時(shí)參考。

1、前向功率規(guī)劃

　　WCDMA系統(tǒng)基站的功率一般是由業(yè)務(wù)信道（如專用信道DCH）和公共信道（如公共導(dǎo)頻信道CPICH）共享的，它們之間的功率分配是動(dòng)態(tài)的，這就使得在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，最優(yōu)地配置基站功率對(duì)于達(dá)到最大網(wǎng)絡(luò)容量和所需覆蓋是非常重要的。另外，網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線環(huán)境和移動(dòng)用戶位置的不確定性，使得為滿足用戶的服務(wù)達(dá)到一定的QoS，基站的一部分功率必須作為儲(chǔ)備預(yù)留出來(lái)，這包括軟切換余量、快衰落余量和干擾儲(chǔ)備等。表1給出了下行鏈路公共信道功率占基站功率的最大比例。值得注意的是，同步信道（SCH）和公共控制物理信道（CCPCH）是彼此時(shí)分復(fù)用的。

表1　下行鏈路公共信道典型功率值

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　　為了使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量達(dá)到最優(yōu)，基站的導(dǎo)頻信道功率和業(yè)務(wù)信道功率在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)應(yīng)取最優(yōu)值。除了以上關(guān)于功率的分配外，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，小區(qū)下行鏈路功率的分配中還要考慮一些儲(chǔ)備，這主要基于正交函數(shù)余量、功控余量、陰影和軟切換余量及功率阻塞等考慮。

　　1.1　正交系數(shù)余量

　　WCDMA下行鏈路為區(qū)分用戶采用正交碼字，這種正交碼在多徑無(wú)線傳播環(huán)境下將損失部分正交性，這種影響主要取決于多徑環(huán)境和基站與移動(dòng)臺(tái)之間的路徑損耗。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，通常把正交系數(shù)取為一個(gè)常數(shù)，實(shí)際上它是一個(gè)隨環(huán)境變化的變量，所以在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)要給出一個(gè)功率余量，以補(bǔ)償這種變化對(duì)接收信號(hào)的影響。

　　1.2　功控余量

　　WCDMA系統(tǒng)功控的特點(diǎn)是上下行鏈路采用快速功控。在下行鏈路基站發(fā)給移動(dòng)臺(tái)的功率需要滿足移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)在達(dá)到服務(wù)質(zhì)量的條件下能解調(diào)出有用信號(hào)的最小發(fā)射功率，使網(wǎng)絡(luò)的干擾達(dá)到最小、網(wǎng)絡(luò)容量最大化。但由于功控的誤差或移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)性，快速功控不可能使移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)的任何位置都收到相同的最小功率，這樣接收功率總是在最佳值附近偏移；另外，功控環(huán)路中的時(shí)延和功控信令錯(cuò)誤等因素都會(huì)影響功控的精確度，所以在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)要考慮一個(gè)功控余量。功控余量一般根據(jù)無(wú)線傳播環(huán)境從仿真中得到。

　　1.3　陰影和軟切換余量

　　在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的鏈路預(yù)算中一般要考慮由于阻擋引起的衰落余量，具體取多少與規(guī)劃中區(qū)域覆蓋率有關(guān)。由于軟切換可以帶來(lái)軟切換增益，用于對(duì)抗慢衰落和快衰落的影響，因此陰影引起的衰落余量和軟切換結(jié)合起來(lái)會(huì)對(duì)移動(dòng)臺(tái)和基站間允許的路徑損耗產(chǎn)生影響，從而也就會(huì)影響基站的發(fā)射功率。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，對(duì)基站的功率進(jìn)行分配時(shí)可以考慮一個(gè)余量。

　　1.4　功率阻塞

　　在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)基站的功率時(shí)，要考慮基站允許發(fā)射的最大功率，如果小區(qū)移動(dòng)臺(tái)所需的功率超出基站允許的發(fā)射功率時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可能就會(huì)產(chǎn)生中斷、服務(wù)質(zhì)量下降或者拒絕一些移動(dòng)臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)等問(wèn)題。

　　基站總功率一般都是確定的，而前向各個(gè)信道的功率配比決定了前向的覆蓋范圍，這里的前向覆蓋是指導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道達(dá)到一致的覆蓋半徑，這也是前向功率配比規(guī)劃的基本原則。由于CDMA具有自干擾性，因此隨著小區(qū)用戶的增加，導(dǎo)頻、同步、尋呼和業(yè)務(wù)所需的功率也需要同步增加，直到基站允許發(fā)射的最大功率。需要注意的是，進(jìn)行全網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，還要考慮小區(qū)間的平衡和協(xié)調(diào)。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)和工程運(yùn)用中，對(duì)于前向功率配比，一般建議采用以下數(shù)據(jù)規(guī)劃：

　　●導(dǎo)頻信道功率：10%～20%總功率；

　　●同步信道功率：1%～3%總功率；

　　●尋呼信道功率：3.5%～8%總功率；

　　●業(yè)務(wù)信道功率：69%～85%總功率。

　　在規(guī)劃基站的發(fā)射功率時(shí)，應(yīng)考慮公共信道、業(yè)務(wù)信道所需功率和各種余量，具體比例如圖1所示。

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圖1　WCDMA系統(tǒng)基站功率分配

　　如果個(gè)別地區(qū)的室內(nèi)穿透損耗過(guò)大，則需要考慮加大前向的導(dǎo)頻功率比例。

　　另外需要注意的是：對(duì)于一些非常特殊的地形（如隧道、海平面等），前向功率的配比也可以靈活考慮，不必拘泥于上述的建議。

2、功控規(guī)劃

　　WCDMA功控的目的是：既維持高質(zhì)量的通信，又不對(duì)占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾，使每個(gè)移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到最小所需的信噪比。在WCDMA中，功控的好處是降低平均發(fā)射功率。在一般的通信鏈路情況下，發(fā)射功率較低；在無(wú)線衰落較大的鏈路情況下，功控會(huì)自動(dòng)升高功率以抵抗衰落。

　　功控分為前向功控和反向功控，反向功控又分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩部分。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功控規(guī)劃中，需要重點(diǎn)、仔細(xì)控制的參數(shù)有誤幀率（FER）、解調(diào)門限（Eb/Nt）、功控初始發(fā)射功率和功控步長(zhǎng)等；另外，規(guī)劃中還需要注意各參數(shù)配合規(guī)劃的收斂性。

　　功控規(guī)劃中需注意的問(wèn)題如下：

　　●在呼叫建立過(guò)程中就已經(jīng)存在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)功控過(guò)程，因此功控參數(shù)要很好地與接入過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行配合；

　　●由于各個(gè)信道的解調(diào)門限是有區(qū)別的，因此針對(duì)信道功控參數(shù)的規(guī)劃，還要注意將信道間增益差考慮進(jìn)來(lái)。

　　為了定量考察功控性能的好壞，需要考慮功控誤差（PCE）的均方差（STD_PCE）、誤塊率（BLER）和發(fā)射功率三個(gè)主要參數(shù)指標(biāo)，其關(guān)系如下：

　　PCE=RSIR-TSIR

　　式中，RSIR代表SIR的估計(jì)值，TSIR代表外環(huán)功控所產(chǎn)生的SIR目標(biāo)值。

　　PCE反映了實(shí)際SIR與目標(biāo)SIR的一致性。在理想功控情況下，PCE的對(duì)數(shù)值呈正態(tài)分布，其均值為0，而STD_PCE則反映了功控性能的優(yōu)劣。顯然，STD_PCE、BLER和發(fā)射功率越低，說(shuō)明功控性能越好。

3、容量規(guī)劃

　　對(duì)于小區(qū)需要信道數(shù)的計(jì)算，可以通過(guò)可用頻譜、用戶數(shù)預(yù)測(cè)以及話務(wù)密度信息來(lái)衡量，其計(jì)算條件是給定擁塞率。若硬件引起擁塞，則查表可以得出結(jié)果；若最大容量是由干擾限制造成的，則其容量定義為軟容量。對(duì)于軟容量受限系統(tǒng)，不能通過(guò)愛(ài)爾蘭表計(jì)算，因?yàn)榭傂诺廊萘看笥谄骄啃^(qū)信道數(shù)。由于相鄰小區(qū)共享一部分干擾，在相同擁塞率條件下，系統(tǒng)將為更多的話務(wù)量提供服務(wù)。來(lái)自鄰區(qū)干擾越少，在中間小區(qū)內(nèi)可用信道就越多。

　　當(dāng)小區(qū)具有為數(shù)較少的信道、高比特率實(shí)時(shí)用戶出現(xiàn)時(shí)，平均負(fù)荷必須降低，以保證低擁塞率。由于平均負(fù)荷降低，因此有附加的容量提供給鄰區(qū)利用。這部分容量是從相鄰小區(qū)借用的，因此干擾的共享提供軟容量。對(duì)于高比特率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用戶，如圖像連接等，給他們提供軟容量是十分必要的。

　　如果相鄰小區(qū)系統(tǒng)用戶較少時(shí)，在WCDMA系統(tǒng)中被認(rèn)為是增加了軟容量。軟容量定義為在軟擁塞的條件下愛(ài)爾蘭容量的增加。當(dāng)平均每個(gè)小區(qū)具有相同的最大信道數(shù)時(shí)，軟阻塞與硬阻塞相比的愛(ài)爾蘭容量增加量為：

　　軟容量=愛(ài)爾蘭容量（軟擁塞）/愛(ài)爾蘭容量（硬擁塞）-1

　　在WCDMA系統(tǒng)中，所有用戶共享在空間信道上的干擾源，分析不能分開(kāi)進(jìn)行，各用戶互相影響而引起發(fā)射功率改變，這些改變?cè)僖鹦碌母淖儯绱送鶑?fù)，相互影響。因此預(yù)測(cè)處理是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，直到穩(wěn)定為止。

　　軟容量的大小還依賴于傳播環(huán)境。如果相鄰小區(qū)負(fù)載量較低，那么只有無(wú)線資源管理算法在一個(gè)小區(qū)能實(shí)現(xiàn)較高容量時(shí)才可獲得軟容量。如果這種算法是基于寬帶干擾而不是吞吐量或連接數(shù)，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)軟容量。

　　在WCDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)可共用相同頻譜，這一點(diǎn)對(duì)提高WCDMA系統(tǒng)容量非常有利。但也正是同頻復(fù)用的原因，系統(tǒng)存在多用戶間的干擾，這種多址干擾又限制了系統(tǒng)的容量。容量大小隨用戶分布、用戶行為、系統(tǒng)解調(diào)門限等改變而變化。WCDMA的前/反向容量也是有差別的，在進(jìn)行容量規(guī)劃時(shí)，需要從前/反向鏈路兩個(gè)方面來(lái)考慮。

　　在容量規(guī)劃中，由于WCDMA系統(tǒng)反向覆蓋容量比較易于量化，因此一般可根據(jù)反向初步估算整個(gè)系統(tǒng)，然后通過(guò)仿真最終得到整個(gè)系統(tǒng)的前/反向規(guī)劃設(shè)計(jì)。反向容量規(guī)劃可以按照阻塞公式或者極限容量公式來(lái)進(jìn)行。

　　在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，提高WCDMA系統(tǒng)每個(gè)基站站點(diǎn)下行鏈路容量的方法有以下5種：

　　●運(yùn)營(yíng)商啟用新的頻率。即采用新的頻點(diǎn)，依靠增加第二三載波來(lái)實(shí)現(xiàn)下行鏈路的容量。WCDMA支持有效的頻率間切換，并且采用多個(gè)載波實(shí)現(xiàn)負(fù)載的平衡，可以增大每個(gè)站點(diǎn)的容量。

　　●采用功分器。即一個(gè)扇區(qū)的功率可分配到更多的扇區(qū)中使用，通過(guò)減少每個(gè)用戶的發(fā)射功率來(lái)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)容量的提高。在最初網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，為增加站點(diǎn)容量需要對(duì)上行鏈路扇區(qū)化，但扇區(qū)化的結(jié)果可能帶來(lái)大于最初業(yè)務(wù)密度所要求的容量。因此，采用功分器是一個(gè)有效減少移動(dòng)臺(tái)發(fā)射干擾實(shí)現(xiàn)容量提高的可行方法，同時(shí)也是解決特定地形覆蓋的有效方法。

　　●天饋部分采用發(fā)分集。所謂發(fā)分集，就是在下行鏈路中，信號(hào)可以通過(guò)兩個(gè)基站天線分支發(fā)送。對(duì)移動(dòng)臺(tái)而言，體積小且便宜無(wú)疑是大眾追求的方向，而采用兩個(gè)天線和接收機(jī)電路并不可行。如果系統(tǒng)根據(jù)來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的反饋指令調(diào)整來(lái)自兩個(gè)發(fā)送天線的相位，在移動(dòng)臺(tái)接收中利用下行鏈路發(fā)分集就可能獲得相干增益。下行鏈路分集將下行鏈路容量提高到一定程度依賴于該環(huán)境多徑分集的程度?？梢岳玫亩鄰椒旨缴伲捎冒l(fā)分集獲得的下行鏈路容量增益越大。下行鏈路分集無(wú)須額外的天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　●扇區(qū)化。這種方法可以有效提高基站站點(diǎn)的容量。將一個(gè)全向站升級(jí)為3扇區(qū)定向基站，容量可以提高到原來(lái)的2.7倍；升級(jí)為6扇區(qū)，大約可以提高5.4倍的容量。通過(guò)增加扇區(qū)來(lái)增加容量，必須更換全向天線為定向天線，同時(shí)需重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化。

　　●采用低比特率編碼模式。這種方法也可提高WCDMA系統(tǒng)的語(yǔ)音容量。

4、軟切換

　　目前商用的CDMA系統(tǒng)支持多種類型的切換，主要類型有硬切換、軟切換和更軟切換。WCDMA系統(tǒng)中沿用了大部分原IS-95和cdma2000中的軟切換技術(shù)。

　　軟切換是一種常態(tài)，WCDMA系統(tǒng)中UE幾乎一直處在軟切換狀態(tài)下，這樣可以保證用戶通話的連續(xù)性和穩(wěn)定性，而硬切換過(guò)程則不會(huì)經(jīng)常發(fā)生，硬切換將影響用戶通話的主觀感受并容易造成掉話，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免硬切換的發(fā)生。

　　WCDMA系統(tǒng)對(duì)軟切換狀態(tài)下的事件進(jìn)行了定義。

　　事件（Event）la：l個(gè)P-CPICH進(jìn)入了測(cè)量范圍（Reporting Range），切入新的測(cè)量小區(qū)。

　　事件lb：l個(gè)P-CPICH離開(kāi)了測(cè)量范圍，原測(cè)量小區(qū)切出。

　　事件lc：l個(gè)非激活集的P-CPICH好于激活集中的某個(gè)P-CPICH，原小區(qū)被新加入小區(qū)替換。

　　軟切換是CDMA系統(tǒng)中有特色的、廣泛的切換類型。與GSM系統(tǒng)的硬切換不同的是，軟切換是一種狀態(tài)，由多個(gè)基站同時(shí)支持一個(gè)呼叫，CDMA的移動(dòng)臺(tái)經(jīng)常在相當(dāng)長(zhǎng)的呼叫時(shí)間里處于軟切換狀態(tài)。而GSM中的硬切換是時(shí)間離散的短暫事件，它在呼叫從一個(gè)小區(qū)交換到另外一個(gè)小區(qū)或者從一個(gè)載頻交換到另一個(gè)載頻時(shí)發(fā)生。WCDMA中的軟切換機(jī)制更能夠保證呼叫的完整性，降低同頻干擾和掉話，均衡話務(wù)負(fù)荷。

　　在WCDMA的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，切換規(guī)劃的關(guān)鍵點(diǎn)是：選取合理的切換帶位置，盡量避免切換帶在密集話務(wù)區(qū)；規(guī)劃合理的切換帶寬度，保證合理的軟切換比例，一般軟切換（不含更軟切換）比例要控制在40%以內(nèi)；確定合理的切換參數(shù)（T-ADD、T-DROP、TT-DROP等）；制定有效、合理的鄰區(qū)關(guān)系和鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)。

　　總體上說(shuō)，WCDMA的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化都是構(gòu)建在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的，在技術(shù)方法上具有一定的共通性和可比擬性，但是由于通信體制上有本質(zhì)的區(qū)別，從而體現(xiàn)出WCDMA需要更多的信息論、通信原理和數(shù)理基礎(chǔ)，與GSM系統(tǒng)相比，WCDMA系統(tǒng)稍復(fù)雜一些。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化而言，它們都需要具有有效分析問(wèn)題的思路和解決問(wèn)題的策略方法，在合適的場(chǎng)景下采用適合的解決方案。